姚子健, 李淵驥, 宋政, 馮(feng) 晉霞, 張寬收. 基於(yu) 全固態單向行波環形腔的連續波單頻1.5 μm激光器[J]. fun88官网平台, 2021,48(05): 0501010

總編評論：

近年來，低噪聲、高功率、光通信波段激光光源已成為(wei) 前沿科學研究中非常重要的研究工具，在量子通信、量子精密測量、光頻標長距離實時比對等技術中應用需求不斷提升。作者針對Er,Yb:YAB激光晶體(ti) 的結構設計和熱分布分析做了較為(wei) 細致的工作，實現了1.5 μm單縱模激光輸出，功率達到755 mW。

山西大學量子光學與(yu) 光量子器件國家重點實驗室張寬收教授課題組與(yu) 中科院福建物質結構研究所黃藝東(dong) 教授課題組合作，采用後者研發的鉺鐿共摻三硼酸鋁釔（Er,Yb:YAB）晶體(ti) 作為(wei) 激光增益介質，采用鉍鐵石榴石（BIG）磁光晶體(ti) 製作光學單向器，開展了低噪聲光通信波段激光光源的研製。

作者精確測量了藍寶石-Er,Yb:YAB-藍寶石薄片和BIG磁光晶體(ti) 的熱透鏡焦距，設計了穩定運轉的四鏡環形諧振腔；通過設計雙端麵、偏振選擇的抽運結構，提高了可注入激光晶體(ti) 的抽運功率、降低了激光晶體(ti) 的熱效應。在此基礎上，實現了功率達755 mW、強度噪聲達到散粒噪聲極限的連續波單頻1.5 μm激光運轉。

激光器結構如圖１所示，包括973 nm激光二極管（LD）、泵浦整形係統（f1、f2、f3、f4）、泵浦分束器（PBS、HWP1）、藍寶石-Er,Yb:YAB-藍寶石薄片（Composite gain medium）、光學單向器（BIG、HWP2)、諧振腔鏡（M1、M2、M3、M4）。所用Er,Yb:YAB晶體(ti) 沿a 軸切割，Er離子摻雜濃度為(wei) 1.1 at.%，Yb離子摻雜濃度為(wei) 25 at.%，晶體(ti) 長度為(wei) 2 mm。

圖1 全固態單向行波環形腔連續波單頻1.5 μm激光器實驗裝置示意圖

藍寶石-Er,Yb:YAB-藍寶石三明治薄片的熱透鏡焦距隨泵浦功率的變化關(guan) 係如圖2所示，通過采用雙端端麵偏振選擇抽運技術以及藍寶石雙端麵製冷激光晶體(ti) ，在抽運功率為(wei) 4.5 W時，藍寶石-Er,Yb:YAB-藍寶石薄片的熱焦距(圖中黑色數據點)為(wei) 78.2 mm，比σ偏振單端端麵抽運的藍寶石-Er,Yb:YAB薄片的熱透鏡焦距(圖中紅色數據點)大1.7倍。在抽運功率為(wei) 11.7 W時，藍寶石-Er,Yb:YAB-藍寶石薄片的熱焦距為(wei) 36.5 mm。相比單端端麵抽運結構，雙端端麵偏振選擇抽運結構有效增加了激光晶體(ti) 的熱透鏡焦距。

圖2 藍寶石-Er,Yb:YAB-藍寶石薄片的熱透鏡焦距

根據實驗測得的藍寶石-Er,Yb:YAB-藍寶石激光晶體(ti) 和BIG磁光晶體(ti) 的熱透鏡焦距，設計研製了如圖1所示的四鏡環形諧振腔。在抽運功率為(wei) 11.7 W時，獲得了功率為(wei) 755 mW的連續波單頻1.5 µm激光運轉（圖3），使用波長計測得激光中心波長為(wei) 1531.00 nm，使用光束質量分析儀(yi) 測得激光的光束質量M2因子為(wei) Mx2=1.58，My2=1.97。測得2小時內(nei) 1.5 µm激光的功率波動小於(yu) ±1.2 %，1.5 µm激光的強度噪聲在分析頻率大於(yu) 5 MHz的範圍達到散粒噪聲極限（圖4）。

圖3 1.5 μm激光的輸出特性

圖4 連續波單頻1.5 µm激光的強度噪聲譜

2013年，山西大學的李淵驥等報道了基於(yu) 雙標準具選模技術的400 mW連續波單頻1.55 μm激光器。2019年，山西大學的朱海瑞等報道了基於(yu) 扭擺模腔選模技術的連續波單頻可調諧1.542 μm激光器，最高輸出功率可達420 mW。本次報道的基於(yu) 單向行波環形腔選模技術的連續波單頻1.53 μm激光器，輸出功率達755 mW，為(wei) 該類激光器目前已實現的最高功率，相比之前的報道，1.5 μm連續波單頻激光輸出功率提高了40%。

目前正在進行該激光器的進一步性能優(you) 化和儀(yi) 器化製備，並將應用於(yu) 該課題組正在開展的小型化光通信波段量子光源的研製中。